核技术应用发展课件

1、核技术应用发展及其防护 陈志 副教授E-mail: 电话及传真15209840358中国科学技术大学核科学技术学院2022/7/1912主要内容 核技术发展概述； 核技术的物理基础与支撑技术； 射线和粒子束技术及其应用； 放射性核素技术及其应用； 核技术应用过程中的防护； 事故案例； 补充事项。2022/7/192核技术发展概述核技术大事记；核技术的地位；什么是核技术； 核技术的应用领域。2022/7/193核技术大事记1896年贝可勒尔发现铀的放射性质 1895年伦琴发现X射线铀矿石世界上第一张X光照片1898年居里夫人发现钋和镭唯一一位在两个不同学科领域、两次

2、获得诺贝尔奖 2022/7/1941923年Hevesy首先用天然放射性212Pb研究铅盐在豆科植物内的分布和转移。提出“tracer”的概念。1928 Geiger & Muller 提出测定电离辐射的方法，盖革、弥勒发明了为电离辐射计数的盖革-弥勒计数器。豆科植物盖革计数器1930年劳伦斯制成的第一台回旋加速器回旋加速器1932 Anderson发现positron(正电子)，J.Chadwick发现neutron(中子) 。威尔逊云室 核技术大事记2022/7/1951942年 Enrico Fermi在芝加哥大学展示第一个核子反应堆（我国19？）。1945年 原子弹（我国1964）。1

3、934年，约里奥居里和伊丽芙居里第一次得到人工放射性物质，Enrico Fermi 利用中子产生放射性同位素。天然放射性同位素只有40几种，而今人工制造的放射性同位素已达1000多种。1938 Hahn等发现235U核裂变。1939 Pierre Curie和Fermi发现链式核反应。核技术大事记2022/7/1961948 Hofstadter开发用于Gamma探测的碘化钠晶体，scintillation counter诞生。1952 氢弹（我国1967）。1955 核潜艇（我国1971）1957 核电站（美国60MW）,（我国1983秦山一期开工，自主设计）。 2013 我们一起学习核技术

4、。 核技术大事记2022/7/197核技术的地位是现代科学技术的重要组成部分；是当代最主要的尖端技术之一；是社会现代化的标志之一。在当代高新技术(6项)中，占有重要份额。 电子信息技术、生物技术、新材料、新能源、海洋技术、航天技术。 2022/7/198 1）电力系统 11）高速公路 2）汽车 12）航天 3）飞机 13）因特网 4）自来水 14）成像技术 5）电子技术 15）家用电器 6）无线电和电视 16）保健设施 7）农业机械化 17）石油化工 8）计算机 18）激光和光纤 9）电话 10）空调制冷 20）高性能材料20世纪最伟大工程技术成就 - 20 项 美国工程技术界评出2000/1

5、0/1119）核技术2022/7/199社会经济效益显著。 1993年，美国核技术的非动力应用对美国经济的贡献达到2570亿美元，是核电的3.5倍，占美国GDP的3.9，并创造了370万个就业岗位，是核电的3.5倍。 2004年，中国核技朮总产值400亿元人民币。随后5年达到1000亿元人民币，并长期保持在15以上的增长速度。核技术的地位2022/7/1910什么是核技术？核技术能干什么？2022/7/1911什么是核技术？什么是核技术？ 核技术是基于原子核科学基础知识、粒子加速与射线产生的原理和方法，利用射线与物质相互作用而产生的物理、化学或生物效应为人类各项事业服务的交叉学科领域。核技术是

6、核科学的技术应用，是当代最新的尖端技术和社会现代化的标志之一。 -国家自然科学基金委员会核技术是以核物理、辐射物理、放射化学、辐射化学和核辐射与物质相互作用为基础，以加速器、反应堆、核辐射探测器和核电子学为支撑技术的综合性很强的现代科学技术。 -罗顺忠核技术应用粒子加速器技术、核探测技术与核电子学、射线与粒子束技术、放射性核素等统称核技术122022/7/1912什么是核技术？广义的核技术具体的核技术历史上的核技术目前的分类研究和应用与“核”有关的技术核武器、核能源、核动力、.军用核技术、民用核技术核武器核变(裂变、聚变) 及生化效应核能与核动力(核工程)反应堆、热工核技术(非动力核技术)同位

7、素与辐射技术2022/7/1913核技术的应用领域 军事科学研究考古工业农业核医学环境核技术核技术诊断与辐照治疗辐射育种、辐射不育防治虫害和同位素示踪等。检测与分析,辐射加工通过测定碳-l4的浓度测定文物、化石、煤炭等的年代。环境污染治理和分析检测我国的10MeV直线感应加速器中国第一颗原子弹爆炸烟云核物理和放射化学等基础研究。 优化的EDTMP结构 2022/7/1914核技术的物理基础与支撑技术射线和粒子束与物质的相互作用；粒子加速器技术；核探测技术；其它支撑技术。2022/7/1915射线和粒子束与物质的相互作用射线和粒子在介质中被散射或吸收阻止、其能量逐步损失；物质在射线和粒子束的作用

8、下产生电离、激发、溅射、次级射线或次级粒子发射等物理效应；这些研究一方面提供了核结构信息,另一方面也为研制核探测器、防护辐射危害、以及开展各种核技术应用工作打下了基础。2022/7/1916粒子加速器技术自20 世纪30 年代初开始,倍压加速器、静电加速器、射频超导直线加速器、回旋加速器等陆续发展起来。加速器技术在多学科研究、国民经济、医学、国防等方面也得到了日益广泛的应用。2022/7/1917核探测技术核探测技术是高能物理及核物理实验研究的基础,也是核技术的重要支撑技术。通常的核探测器主要包括气体探测器(利用射线或粒子束在气体介质中的电离效应探测辐射) 、闪烁体探测器(利用射线或粒子束在闪

9、烁体中的发光效应进行探测) 及半导体探测器(利用射线或粒子束在半导体介质中产生的电子空穴对在电场中的漂移来探测辐射) 。诺贝尔物理奖获得者丁肇中领导研制的磁谱仪，使命是寻找宇宙中的反物质和暗物质,并对宇宙中各种同位素的相对丰度和高能量光子进行精确的测量。2022/7/1918其他支撑技术 核电子学； 辐射源与放射性核素制备技术； 辐射剂量学和辐射防护技术。2022/7/1919射线和粒子束技术及其应用在基础研究中的应用；在工业中的应用；在医学中的应用；在农业和环境保护中的应用。2022/7/1920在基础研究中的应用各种射线和粒子束与物质相互作用会使入射的初级射线和粒子的状态或参数发生变化,在

10、有些情况下还会产生次级射线和次级粒子。这些变化和次级发射在很大程度上取决于靶物质本身的组成、结构和特性。因此,对于物理、化学、生物、地质、考古等学科所研究的各种实体与物质,射线与粒子束技术亦是有力的分析手段。通常我们将这类技术统称为核分析技术。核分析技术主要包括活化分析技术、离子束分析技术和超精细相互作用核分析技术三大类。2022/7/1921核分析技术X射线荧光分析(ED、WD、TR)粒子诱发荧光分析（P、e）微束（微区）分析中子活化分析粒子束分析背散射分析2022/7/1922核分析技术X射线荧光分析2022/7/1923核分析技术中子活化分析把极少量的待分析样品经中子源照射后，不同的核素

11、变成其对应的放射性同位素，这些放射性核素一般发生衰变或轨道电子俘获（E.C）.放出一定能量的强度的射线。通过测量这些射线的能量和强度，从而就可确定出待测元素的种类和含量。2022/7/1924核分析技术离子束分析背散射2022/7/19251965年出土，该剑长期埋于地下,仍光彩夺目,非常锋利。说明在2500多年前,我国的冶炼业已经相当发达。 复旦大学曾在80年代利用PIXE（质子X荧光分析）方法测试了越王勾践的佩剑成分，表明其主要成分为铜和锡，并有少量的铁和铅。 核分析技术 离子束分析（越王勾践剑） 黄花纹 黑花纹核分析技术 越王勾践剑 核分析技术离子束分析含砷头发大气污染2022/7/19

12、28核分析技术离子束分析核反应分析利用特定的核反应，测定反应产物；2022/7/1929矿泉水2022/7/1930在工业中的应用 辐射加工；无损检测； 工业核仪表。2022/7/1931辐射加工技术的定义 是用于工业、农业等部门的实用技术。它基于辐射作用下物质的物理性质、化学性质或生物性质发生暂时性或永久性的变化。322022/7/1932辐射工艺(辐射加工)食品保鲜： g辐照灭菌辐射消毒： g辐照灭菌辐射育种： g 辐照导致遗传基因变异。重离子辐照辐照治疗：放射性治疗辐照交联：辐照活化辐照降解：辐照活化电子脱硫、脱硝辐射加固2022/7/1933辐射交联聚乙烯热收缩缠绕带辐射交联聚乙烯防水

13、帽2022/7/1934 射线辐照装置 采用的最多的是： 60Co或137Cs ； 具有以下特性：较强的穿透能力；较长的半衰期；较高的比活度；生产和运输费用低。 电子束辐照装置 能量小于或等于10MeV的电子加速器的任何设备都没有感生放射性，各种加速器的主要不同在于电子束的加速方式和所需高压的产生方式。辐照器的类型2022/7/1935辐照加工应用技术的优点节能和环境保护 ；可在常温，甚致低温下进行加工； 反应速率与产量易于控制，产品性能优异；产品纯净，无添加剂和残留物，这对生物医学产品尤为重要；可引发固态反应，补充常规方法之不足；可用快速度加工，提高产量。 362022/7/1936辐照加工

14、应用技术的缺点一次性投资较高，如工业电子加速器少则12百万元，多则上千万元不是一般企业能承受的；与常规方法竞争激烈，常规方法能胜任的加工工业，辐照法很难发展 ； 多数人在心理上对放射性有排斥性，这在目前或多或少妨碍了核技术的顺利发展。 372022/7/1937工业CT的应用无损检测 质量控制、物件的组成、结构、材料等 精密器件的内部探伤安全检测 集装箱安全检测 航空箱检测 打击走私2022/7/1938集装箱CT2022/7/1939福来尔轿车透视图上图：水平透视图；下图：垂直透视图汽车内部结构扫描2022/7/1940CT 截面扫描图左图：前轮部位；右图：后轮部位从中可以清晰看出前轮部位减

15、震器弹簧、轮胎等的结构截面，后轮部位的备胎、车厢等截面也很清晰。2022/7/1941卡车扫描图象2022/7/1942集装箱检测2022/7/1943集装箱和车辆检测系统Fixed Position Truck ScannerMobile Truck and Cargo Scanner2022/7/1944安全检测物性判别：汽油、炸弹等危险物品例如， 同是液体的水和汽油的密度分别是1.0 和0. 7， 很容易区分。航空箱的断层图像箱中有3个塑料瓶子, 里面灌满了汽油(左瓶)、水(中瓶) 或是一半汽油一半水(右瓶)。从图中可以清晰看到瓶中不同性质液体的灰度明显不同。此外, 在一盒黄油脂内埋藏一

16、块肥皂, 利用断层图像也能轻易分辨出来。图中两个灰度不同的圆分别显示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此图像充分表明CT 检测系确实具备了物性判别的功能。2022/7/1945安全控制质量控制小型X射线检测系统2022/7/1946XCT2022/7/1947X射线行李包检查系统482022/7/1948X射线行李包检查系统 工作原理： 一束经经过准直器的非常薄的x射线束穿过输送带上的被检物品，X射线被被检物品吸收，最后轰击安装在通道内的探测器。 探测器把X射线转变为电信号，这些很弱的电流信号被放大，并送到信号处理机箱作进一步处理。 当被检物检查时，非常薄的扇形x射线束一线一线地扫过被检物，相当于

17、对被检物进行切片。图象采集系统收集并存储每一扫描线的图象信息，而得到了被检物的整个图像信息。492022/7/1949核技术应用与辐射防护射线探伤 内部缺陷对于金属材料与工件，特别是承受高压、高温、高速运转及易爆的机件，是极其危险的隐患。因此，产品质量的无损检验也就有特别重要的意义。YG-192和YG-192C射线探伤机2022/7/1950射线探伤利用射线对被检查的部件内部缺陷或结构进行探测；多运用于被检查的部件较薄，可以随时随地的开展工作，保管方便，射线强度调整快捷，无需像放射源那样随时间衰减而更换等优点；射线探伤机工作时需要电源，仅适合在固定场所或有电源保障的情况下使用。51512022

18、/7/1951工业核仪表技术核子密度计泥沙计浓度计品位仪核子(皮带)秤核测井射线测厚仪其他灰分测量、煤质检测核子料(液)位计、核子料(液)位开关水份计2022/7/1952工业核仪表 核仪器仪表是指利用放射性物质或X射线的特性，显示或测量被测物质或材料特性的仪器仪表或相应的设备。 具有快速、准确、非损坏性、不接触、可以实现自动检测或连续检测等特点。 包括辐射密度计、料位计、核子秤、测厚仪、中子水分仪等。532022/7/1953工业核仪表密封放射源仪表 凡带有密封放射源都仪表统称为密封放射源仪表。使用都放射源大多是、类源，活度一般在1071010Bq（毫居里级或居里级）水平。使用X射线工作的仪

19、器仪表 关键部件是发射X射线的器件。只有在通电开机时才有X辐射。542022/7/1954核仪器仪表 按照照射线入射到探测器前与物质发生相互作用的类型分为3类： 透射式辐射仪表 反散射式核仪表 核反应式核仪表552022/7/1955透射式辐射仪表工作原理 透射式辐射仪表的放射源和探测器分别对应地安放在被测物质地两边，入射射线穿透物质时被减弱了，同时探测器测量出出射线的剂量率（或计数率）。562022/7/1956反散射式核仪表 反散射式核仪表是利用射线与物质相互作用产生的反散射的一种核仪表。572022/7/1957核反应式核仪表 利用高能中子发生器把非放射性物质诱发成放射性物质。 生成的放

20、射性核素能发射出其能量可被识别的特征射线。 582022/7/1958工业核仪表-核子密度计例如：选矿工艺中矿浆和浮选液浓度的在线检测和控制；油田和石油化工过程中油品含水率的测定；选煤厂选煤液密度的检测和控制；化工厂酸、碱、盐的浓度以及各种成分配比的在线检测；造纸厂纸浆浓度的测定和控制；江河中水流含沙量的测定。用途： 各种料液浓度的在线检测和控制。也可通过密度而间接测定出料液中某种成分的含量、以及两种物料的本比等。2022/7/1959 测量密度时，137Cs源发出射线进入被测材料，穿过被测材料的射线被装在 仪器内的探测器(G-M计数管)接收并给出计数。如果材料的密度较低，穿过材料的射线就较强

21、，探测器 在单位时间内的计数就较高，反之，如果材料的密度较高，高密度材料对射线的屏蔽较强，探测器在单位时间内的计数就较低。60工业核仪表-核子密度计2022/7/1960核子湿度密度仪 测量水分时，中子源发射的中子进入被测材料，高能中子与被测材料水分中的氢原子相互作用而降低能量成为慢中子，慢中子被仪器内的探测器接收。 被测材料含水量大，慢中子数就多，探测器的计数就高，反之就低。然后，微处理机把接收到的计数通过数据处理，得到被测材料的水分量。612022/7/1961工业核仪表-核子密度计2022/7/1962原理： 利用物料对射线的吸收原理。放射源发出的射线穿过穿透输送机上的物料后，强度减弱，

22、物料越多，减弱的程度越大，探测器接受的射线强度也减少，根据探测器输出脉冲数变化，就可以测出输送机上物料的多少。 如果同时测出输送速度，则物料对速度之积分就是单位时间传送物料的重量。工业核仪表-核子(皮带)秤使用的放射性核素主要是137Cs，活度在30mCi至130mCi。2022/7/1963工业核仪表料位计及料位开关原理：检测射线穿透料仓或管道中物料后的强度，根据射线强度的变化来计算、判断物料的料面水平，控制物料的输送。 放射源安装在料仓或管道的一侧，探测器安装在另一侧。 料位计常用60Co和137Cs源，活度从10mCi到1Ci不等。2022/7/1964工业核仪表料位计及料位开关用途：用

23、于工业过程中对料位和液位进行定点检测和报警控制，适合于各种恶劣环境下长期使用。也可用于对运动状态的设备和工件进行定位检测或定位控制。更可推广应用到对运动物体的速度和长度、宽度进行非接触式检测。 如可用于矿山、煤炭、电力、钢铁、冶金、水泥、化肥、化工等系统进行料位上下限的检测和报警控制；可用于矿车、料斗油罐等的灌装控制，运输车、斗的遥控定位。高温、高压、腐蚀性液体的液位控制。食品、饮料自动生产线的罐装自动控制等。 2022/7/1965放射性同位素射出的射线通过被测物质时，局部被吸收或散射。当放射源的强度和被测物质不变时，射线强度的变化仅与被测物质的厚度有关。66工业核仪表射线测厚仪2022/7

24、/1966(1)射线测厚仪工业核仪表射线测厚仪2022/7/1967(2) X射线荧光测镀锌板的镀层厚度原理： 利用241Am放射源产生的射线直接照射在镀锌的薄板上，激发出锌和铁的特征X荧光。X荧光经正比计数管探测后得到Zn和Fe的能谱曲线，根据谱线的峰面积大小求出锌层的顶部、底部及平均厚度。2022/7/1968美国EMC公司研制X-RAY在线测厚仪工业核仪表射线测厚仪2022/7/1969测 厚 仪 放射性测厚仪按辐射方式分为穿透式（透射式）和反散射式两种； 按使用的放射源的种类，测厚仪分为： 射线测厚仪 射线测厚仪 轫致辐射测厚仪 X射线荧光测厚仪702022/7/1970测 厚 仪 用

25、于监测连续生产过程中金属板、薄膜、纸张和镀层管的厚度； 测厚仪常用的放射性同位素有14C、60Co、85Kr、90Sr等。712022/7/197172测厚仪2022/7/1972工业核仪表矿石品位仪矿石品位仪(1)原理：采用电子对效应和散射光子联合测定方法。当铁原子和高能射线发生相互作用时，产生电子对的几率远远大于矿石中的其他元素，对湮没辐射和散射光子的混合谱进行分析，就可得到铁的品位值。 (2)用途：用于矿石或矿粉输送过程中铁品位的在线连续检测。(3)特点： 用电子对效应测量铁矿石(或矿粉)中铁的品位，不受矿石的颗粒度、密度、疏松度、环境等外界因素的影响。2022/7/1973工业核仪表矿

26、浆品位仪矿浆品位仪 (1)原理：多能量吸收法，选取合适的射线能量，使测量不受矿石粒度、浓度和成分变化的影响。 (2)用途：铁矿石处理工艺中原矿、精矿、尾矿液流中的铁品位和沙石含量的在线检测和控制；2022/7/1974工业核仪表煤质及灰分测量煤灰份是煤的品质的重要指标。现在通用的方法是化学检验法，但化学检验法存在着比较大的滞后性，无法在线检验，这样就给生产或使用造成不可避免的损失。2022/7/1975核测井技术是随着当代核技术的发展和石油、煤炭、地质矿产等对核测井技术发展的需要而迅速发展起来的尖端测井技术之一。随着人工放射源技术、传感器技术、测量技术、信息处理技术与计算机技术的发展，核测井技

27、术目前仍处在飞速发展之中。工业核仪表核测井76射线测井在煤田地质勘探中广泛应用；应用放射性同位素60Co、241Am或137Cs；物质密度小，吸收射线少，而散射射线多。77工业核仪表射线测井2022/7/1977工业核仪表射线测井散射能谱测井示意图散射能谱测井利用源发出的射线与物质的相互作用引起的射线强度的变化和诱发的特征能谱加以确定物质的成份和含量。早期只利用康普顿效应测定地层的密度，称补偿密度测井同时利用光电效应和康普顿效应，测定地层的岩性和密度，称岩性密度测井岩性密度测井进一步改进又发展为能谱岩性密度测井2022/7/1978中子测井大多使用AmBe中子源，活度约n10Bqn1011Bq

28、 （属于类源）；中子测井包括 中子中子测井和中子测井。792022/7/1979中子测井802022/7/1980工业核仪表水份计测水份2022/7/1981在线射线测厚仪铝箔生产2022/7/1982离子感烟火灾探测器83烟雾探测器镅-241烟雾报警器2022/7/1983离子感烟火灾探测器主要使用241Am放射源，含量约几kBq到40kBq不等，小于豁免水平。 离于型感烟火灾探测器的制造、装配和拆洗工作属于放射工作。作业场所应配备外照射剂量监测和表面污染的监测仪器。842022/7/1984静电消除器静电消除器不断地放射出的射线能使介质(空气)电离，这样就在静电的表面与消除器之间形成了通路

29、，使积累的静电泄漏或中和，从而完成静电消除工作。大多采用放射源147Pm(钷p) 90Sr、90Y(钇Y)、204Ti等放射性同位素生产静电消除器。也有使用粒子作为静电消除器放射源的，虽然它的射程短，但发射的局部能量较高。852022/7/1985静电消除器 在装有静电消除器的区域工作的人员不会受到有影响的辐射照射，但是维修静电消除器的工作人员在短时间内会接受某一种程度的受照剂量。 所以，维修、安装、保管静电消除器的人员要佩戴个人剂量计，并定期监测和建立个人剂量档案。862022/7/1986X荧光分析仪工作原理： 射线照射靶物质时，通过光电相互作用，使靶原子受激，退激时，跃迁能量以特征X射线

30、形式释放出来，称为X射线荧光。 不同元素的壳层电子受激发后，其退激时，会发射不同能量的特征X射线，它们与元素所处的物理和化学状况几乎无关。872022/7/1987X荧光分析仪 x荧光分析仪根据测量到特征X射线的谱峰的能量信息即可以判断元素的种类；而根据谱峰的强度就可以分析出各元素的含量。 定性分析：不同元素的荧光x射线具有各自的特定波长，因此根据荧光x射线的波长可以确定元素的组成。 定量分析：元素的荧光强度和元素的含量相关。882022/7/1988X荧光分析仪892022/7/1989在医学中的应用 核医学成像； 肿瘤的放射治疗。2022/7/1990核医学4500余人从事核医学的研究应用

31、，15000余人从事放射治疗工作；大城市的中心医院已普遍建立了核医学科；每年核医学检查超过80万人次，治疗1000万人次；40多家有关的生产企业可以供应1000余种放射性同位素和制品。2022/7/1991核成像技术医学CT(MCT) X射线断层扫描(XCT) 核磁共振CT(NMR-CT) 正电子发射CT(PET) 同位素单光子发射CT(SPECT) 康普顿散射CT(CST) 穆斯堡尔效应CT2022/7/1992核成像技术 核成象技术的共同原理：利用与核有关的物理量在被测对象中的衰减规律或分布情况，获得物体内部的详尽信息，通过电子计算机对这些信息作快速处理，最终重建被测物的内部图象。 它们的

32、数据获取部分，从物理原理到具体结构均可相距甚远；但它们的数据处理部分则都基于计算机信息处理和图象重建技术。2022/7/1993核素扫描机2022/7/1994相机 相机是一次成像的医疗设备，它主要由探测器（包括准直器，闪烁晶体光电倍增管等），电子学读出系统和图像显示纪录装置等几部分组成。2022/7/1995CT/PET2022/7/1996CT的基本原理计算机断层成像技术(CT) Computerized Tomography ：是一种重要的无损检测技术，是物理学与计算机科学的发展产物。基于射线与物质的相互作用原理，通过投影重建方法获取被检测物体的数字图像。通过测量在不同的方位角下射线穿透

33、被检测物件后的投影强度，计算出物件横截面上的衰减系数分布，转换成像屏显示的断层成像。CT装置所得到的是被检客体的断层图像。在此图像上， 客体内各部分是分离的，而图像的灰度值正比于物质的密度。由于各种物质都有自己特定的密度，因而可能由CT图像灰度值来确定被检客体的材料性质。2022/7/1997X射线CT机 CT的诞生：1914年，俄国学者依照运动产生模糊的理论，首先提出体层摄影的理论，即用一种特殊装置，使想观察的人体某层组织影像较清楚地显示，而该层组织以外的则模糊不清，以获取较大的空间分辨力。1930年意大利的Vallebona氏开始将体层摄影的有关理论和它的使用方法应用于临床并取得了很好的临

34、床效果。1961年美国神经内科医生Oldendor提出了电子计算机X线体层技术的理论。1968年英国工程师Hounsfild氏与神经放射学家Ambrose氏共同协作设计，于1972由英国EMI公司成功制造了用于头部扫描的电子计算机X线体层装置。1974年在蒙特利尔(Montreal)召开的第一次国际专题讨论会上正式将这种检查方法称作电子计算机体层摄影(computer tomography,简称CT)。X射线CT机CT=“投影”投影投影SPECT单光子发射计算机断层（Single Photon Emission Computed Tomography,简称SPECT）。1979年研制成功。SP

35、ECT的基本原理，是利用放射性同位素作为示踪剂，将这种示踪剂注入人体内，使该示踪剂浓聚在被测脏器上，从而使该脏器成为Y射线源，在体外用绕人体旋转的探测器记录脏器组织中放射性的分布，探测器旋转一个角度可得到一组数据，旋转一周可得到若干组数据，根据这些数据可以建立一系列断层平面图像。计算机则以横截面的方式重建成像。 SPECT显像SPECT与相机的比较SPECT包含了相机的功能，增加了断层图像获取和图像重建功能。SPECT与相机相比有三个优点SPECT可以得到真正的三维立体信息，即由许多二维断层图像重建而形成三维图像，而相机只能得到二维重叠图像。SPECT提供了全定量的分析手段。相机测得的放射性强

36、度是单位面积的迭加信息；SPECT可得到单位体积的放射性浓度，能反映脏器深度方面的活性差异，这是开展定量分析的基本依据。SPECT改变了脏器深度方面的空间分辨率，而一般相机对表浅部位容易探测，对脏器深部就很困难，深部信息重叠在一起，很难分辨。SPECT与X-CT比较（1）X-CT是透射式成像设备，射线源在人体外部；SPECT是发射式成像设备，射线源在人体内部。（2）X-CT的空间分辨率较高，可达到小于0.5mm，所以图像清晰；SPECT的图像分辨率只有4mm左右，图像清晰度不如XCT。 （3）X-CT的射线源是X射线；SPECT的射线源是射线。 SPECT与X-CT比较（4）X-CT测得的图像

37、反映的是脏器形态；而SPECT测得的图像可反映脏器的结构和功能。（5）在图像重建方面，SPECT和X-CT一般都采用滤波反投影的重建方法。（6）SPECT的价格一般比XCT便宜，约为X-CT的1/3，为核磁共振（MRI）的1/5。 PETECT的另一大类是正电子发射型计算机断层（Positron Emission Computed Tomography，简称PECT或PET）。SPECT探测器接收来自体内的示踪核素发出的射线，而PECT探测器接收体内正负电子湮没辐射所产生的一对511keV的光子，在物理上两者无明显区别，但方法上有很大不同。PET是现代核医学脏器显像技术处于前沿的一种仪器，是目

38、前最先进的核医学仪器。使用正电子放射性核素为短半衰期或超短半衰期的核素，主要由加速器生产 ，如11C、13N、15O、18F、67Ca、201Tl等。X-CT与ECT的主要区别X-CT是利用常规X线从外部穿透机体后，根据组织密度的差异成像，ECT显像是反映放射性药物在体内的分布图。X-CT是反映解剖结构，ECT是既反映解剖结构又反映器官的生理和功能。SPECT不必配备回旋加速器，价格相对便宜，因此在临床中广泛使用。SPECT能进行放射性核素体内分布相对比较显像，但进行体内定量显像就比较困难，也不太准确。都能得到断层显像，显像原理都是利用晶体转换光子射线能量成荧光光子并被光电倍增管探测和放大，得

39、到与放射性核素在体内分布、活性强弱一致的图像。SPECT和PET的比较PET-CT，PET-MRPET-CT,PET-MR将CT或MR与PET融为一体,使用同一个检查床和同一个图像处理工作站，将PET图像和CT图像融合。由CT或MR提供病灶的精确解剖定位,而PET提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息,具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点,一次显像可获得全身各方位的断层图像,可一目了然的了解全身整体状况,达到早期发现病灶和诊断疾病的目的。医用辐射源的分类医用辐射源分类射线装置（分为3类）：是指X线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。放射源（分为5类）：是指除研究堆和动力堆核燃料循环范畴的材料

40、以外，永久密封在容器中或者有严密包层并呈固态的放射性材料。非密封放射性物质（使用场所分为三级）：是指非永久密封在包壳里或者紧密地固结在覆盖层里的放射性物质。医用辐射辐射源的分支学科X-CT 即X射线计算机断层摄影装置； DSA 即数字减影血管造影； DR 即数字摄影；CR 即计算机摄影； SPECT 即单光子发射计算机断层显像装置； PET 即正电子发射计算机断层显像装置。在农业及环境中的应用 辐射育种；三废处理。2022/7/19115辐射育种到2002年底，中国已累计育成突变品种638个，超过世界各国辐射诱变育成品种总数的四分之一；辐射诱变良种年种植面积约占中国各类作物种植面积的10%；辐

41、射诱变良种作物每年为中国增产粮食近40亿公斤、棉花1.51.8亿公斤、油料0.75亿公斤。2022/7/19116 辐射育种 “种瓜得瓜，种豆得豆” 在自然界里所有的生物，它们子代都有与其亲本相似的特性，这就叫做遗传性。一个优良品种所以能增产，就是因为它具有可遗传的优良特性。另一方面，一个优良品种也不是一成不变的。它随着环境条件的变化和内在的原因而不断发生变化，这就叫做变异性。遗传性和变异性是对立的统一。如果没有遗传性，则自然界现有的各种生物将不复存在。而如果没有变异性，也就没有生物的进化。 选育优良品种 随着科学技术的进步，人们已不再等待自然的恩赐，单纯地利用植物本身自然产生的变异（突变率百

42、万分之一）育种，而应用现代科学成就创造了许多新的育种方法，如：杂交育种、诱变育种（辐射育种）、单配体和多配体育种等。辐射育种 应用原子反应堆产生的热中子或加速器产生的快中子，以及放射性同位素放出的射线使生物细胞内遗传物质（DNA）的结构发生改变，从而引起生物形形色色的性状突变的育种方式。 2022/7/19117 航天育种培育的南瓜王（左）和大茄子（右） 辐射育种特点：突变几率比常规育种方法高出几百倍甚至上千倍；节约育种时间，杂交育种需6-7代方可稳定，辐射育种至少可节约一半时间。可使作物株高、成熟期、抗病能力、产量、营养价值等指标得到明显提高。育种方法简单，只要仔细选材，控制辐照剂量、调整好

43、时机、温度、湿度等条件即可达预期目的。2022/7/19118我国的辐照食品产业 我国辐照食品的数量自20世纪90年代以来迅速增加，辐照品种主要有调味品、脱水蔬菜、功能食品、水产品、宠物食品和熟畜禽肉类产品等，截至2002年，我国经过辐照处理的食品已超过10万吨，位居世界第一，直接产值超过20亿元。2022/7/19119近10年来，中国利用同位素示踪法，增产粮食19亿公斤，创经济效益28亿元；中国自60年代以来，先后对10多种害虫进行辐射不育研究；近年来对柑橘大实蝇的人工饲养与释放试验，取得了成功。2022/7/19120害虫辐射不育废气处理 主要大气污染物：SOx与NOx 烟气脱硫脱硝技术

44、主要有固相吸附与再生技术、湿法同时脱硫脱硝技术、吸收剂喷射法等，绝大多数遇到成本过高或装置复杂的困难，例如以石灰喷雾法脱硫，用酸、碱吸收或催化还原法去除NOx等。 电子束照射法(EBA)脱硫脱硝：20 世纪90年代俄罗斯科学院西伯利亚分院的核物理研究所制造的加速器供应波兰和日本，用以净化烟雾。波兰用俄罗斯生产的加速器净化劣质煤燃烧产生大量SO2与NOx 。日本利用俄罗斯生产的加速器净化烧垃圾时所产生的烟雾。 2022/7/19122辐射治理三废 辐射净化烟道气 脱硫、脱硝。当辐射剂量大于25kGy时，97%以上的SO2被清除掉；当辐射剂量为10.3kGy时，88%的NOx被清除掉。 固体废弃物

45、的辐射处理 生活用水和废水的辐射处理1232022/7/19123废水处理辐射处理废水始于1956年，最初的研究主要是针对废水消毒。20世纪70年代初，美国的迈阿密建立了一套大规模电子加速器，用于废水和污泥的处理研究。20世纪八十年代，在全世界范围内有许多有关水和废水辐射处理的基础研究和工业实践。日本高崎的原子能研究所用电子束和射线进行废水和污泥的辐照处理研究，日本东京的首都同位素研究中心自从1983年起便集中研究辐射处理填埋废渣的浸出物，以减少微生物和破坏有毒的有机污染物。在德国，有60Co源安装在760个深井中用于饮水和工业废水的处理。 在美国，用高能电子处理家庭废水始于1980年麻萨诸塞

46、州首府波士顿的鹿儿岛废水处理厂。在原捷克斯洛伐克雷泽的核研究所，自从1986年起就已经确定饮用水的辐射研究方案，他们用800Gy剂量的辐照来代替氯气，以消毒饮用水。印度的巴巴原子研究所研究中心在Baroda的Gajera wadi污水处理厂有一座18.5PBq（500kCi）60Co的中间工厂用以辐照处理废水或污泥。2022/7/19124辐照去除有机污染物农药：Mincher等利用射线对PCBs和DDT等类物质进行降解的研究表明，辐照剂量为100 kGy时，PCBs的去除率达85%，而DDT辐照50 kGy的去除率就已接近100%。GC-MS分析表明，降解产物为低分子量的含氯物质。表面活性物

47、质：辐射技术可以使其分子发生断裂而分解成较轻的易于排除的物质，失去发泡能力。染料：辐射技术可以使含有染料的废水退色。其他：辐射技术还可以对木质素、硝基苯胺、增塑剂、亚硝胺类、氯酚类(Chlorophenols，CPs )和有机溶剂等进行有效的处理。有机物辐照降解一般以氧化反应为主，保持较高的氧气含量，可有效提高氧化性自由基的产额，同时抑制还原性物质的产生。2022/7/19125辐射灭菌 定义： 利用60Co或137Cs发生的射线，能量低于5MeV的X射线和10MeV以下的电子束等电离辐射装置对产品以灭菌为目的的辐射处理。用途： 医疗健康产品、食品、添加剂和调味品。1262022/7/1912

48、6辐照灭菌灭菌原理：细菌是由有机复合物构成的，因此辐照可以有效地使细菌失去活性。灭菌效果影响因素：辐照剂量、辐照区域内水的温度、水的稳定状态、水中存在的化学试剂以及不同类型病菌对辐射的敏感度等。 微生物对于给定剂量辐射的敏感性既取决于物理因素（温度和辐射质量）和化学因素（激活剂和保护剂），又取决于生物的或生理的因素（生长阶段和DNA总量）。辐照之前对废水做适当的预处理，有利于达到微生物最大的致死效应。用比较小的剂量（如0.25kGy1kGy）进行辐照，对普通细菌（如大肠杆菌、沙门氏菌等），90%的剂量可将它们杀死。2022/7/19127饮用水的消毒饮用水氯灭菌缺点：1.液氯和二氧化氯的投加增

49、加了水中不挥发性有机氯化物的含量，2.氯与水中有机物可能会生成有致癌性的三卤甲烷。GB/T5750.10-2006 生活饮用水标准检验方法 消毒副产物指标GB 5749-2006 生活饮用水卫生标准辐射灭菌的优点：1.不会产生有毒的含氯有机物，2.辐照对于用氯难以杀死的过滤性病毒有很好的消毒作用。3.兼用辐照灭菌还可以大大减少投氯量，在杀灭微生物的同时，辐照还可以促进可能生成三卤甲烷的前体有机物（如：间苯二酚、丙酮酸、4-氧基苯酚等）的分解。常规指标限值，mg/L非常规指标限值，mg/L三氯甲烷0.06一氯二溴甲烷0.1四氯化碳0.002二氯一溴甲烷0.06亚氯酸盐（用而氧化氯消毒）0.7二氯

50、乙酸0.05氯酸盐（用复合二氧化氯消毒时）0.7二氯甲烷0.02氯化物250三卤甲烷各实测浓度与限值比值之和1三氯乙酸、三氯乙醛、五氯酚等2022/7/19128辐照去除无机污染物1979年新英格兰水族馆和麻省理工大学研究组指出，足够对液体污泥消毒的剂量也能有效还原水溶性有毒金属盐，而使金属不易被植物吸收。加拿大原子能公司报道完成从工业废水中辐照-浮选回收汞，并实现在醋酸存在下将水合酸性Cr(VI)被电离辐射有效还原为Cr(III)。Schmelling、Mahnaz等分别利用电子束和射线对含Pb2+和Hg2+的废水进行处理。研究表明，金属离子在辐照产生的水合电子和氢原子作用下，可被还原为低价

51、或单质金属，并从溶液中沉淀出来。重金属离子（Pb、Hg、Cd、Cr或它们的盐）还原为低价或单质金属（研究阶段）.Schmelling D, et al. Radiation Physics and Chemistry, 1998, 52(1-6):371-377Mahnaz C. et al. Radiation Physics and Chemistry, 1998, 53(2):145-1502022/7/19129辐射技术与其他废水处理技术联用辐射-微生物处理活性炭吸附-辐射处理辐射-絮凝沉淀处理辐射-臭氧处理2022/7/19130辐射处理污泥 污泥辐照的优点：辐射技术是目前国际上普遍

52、认为很有前途的污泥处理方法(1)能杀死污泥中的病菌和病毒，消毒效果比热处理可靠；(2) 不破坏污泥中的有机氮化物，不会减少了污泥的肥力和产生难闻的臭味(巴氏热处理法中氮损失较多，污泥的肥力下降)；(3)能防止污泥中的杂草种子发芽，但不会影响正常种子的发芽；(4) 处理温度较低(2530)，减少对工厂设备的腐蚀；(5) 可以氧化有毒的和危险的有机物污染物（如杀虫剂、除草剂、多氯联苯等），把难于生物降解的物质转化为容易降解的化合物；(6)辐照后的污泥具有良好的脱水性能(各种原始水样在沉积时形成的淤泥的体积比运到消毒工厂的污水体积要小1到2个数量级)，可省去化学絮凝剂和一些相应的设备。污泥经辐照灭菌

53、后，可作为肥料直接在农田使用。2022/7/19131放射性核素技术及其应用 放射性核素测年； 放射性核素示踪； 放射性药物； 放射性核素电池。2022/7/19132核年代学(同位素测年)地质时代考古文物鉴定2022/7/19133拿破伦 1821年5月5日死于流放的小岛上。有许多猜测：胃癌/谋害/进入金字塔受惊而死等;1961年一位瑞士人给英国法医部门送去了一个写有“不朽的拿破伦之发”的信封。拿破伦死后第2天整容时取下的。中子活化分析分段测量发现头发中部 45cm范围内砷（As）含量高达1110-6 克，超出正常人13倍。 推算砷中毒时间长达数月。结论：拿破伦死于砒霜（As2O3)慢性中毒

54、急性发作。拿破仑之死 ? 拿破仑之死 ? 耶稣“裹尸布”的下落 ，众说纷纭。意大利都灵大教堂里珍藏一块带有血迹的白色麻布，曾被认为就是耶稣的“裹尸布”，每隔50年才向信徒和公众展示一次。1986年科学界对这块“裹尸布”采用改进的碳-14测年方法对其进行了真伪辨别。由国际上三个著名的碳-14实验室分别进行测定，每个实验室都得到4个样品，但其中只有1个样品是从“裹尸布”上剪裁下来的，其余3个样品为不同时代的对照样品，只有都灵大教堂的大主教和英国大不列颠博物馆的考古权威知道这4个样品的真实出处。几个实验室的检验结果一致证明：这块裹尸布的年代在公元1260-1380年之间的可能性为95，而不会早于公元

55、1200年的可能性为100（传说耶稣蒙难时间大约为公元初）。 耶稣的“裹尸布”长期以来人们一直认为是哥伦布在1492 年发现了“美洲新大陆”，但如今遭到了挑战 600年前的鸡骨。在对美洲智利发现的鸡骨的DNA测试表明这些鸡和平洋波利尼西亚群岛上的鸡有着基因上的联系。对鸡骨放射性碳检测显示，这种鸡大约有600年的历史。说明首先把鸡带到南美大陆的并不是西班牙殖民者。美洲新大陆同位素示踪定义：将可探测的放射性核素添入化学、生物或物理系统中，标记研究材料，以便追踪发生的过程、运行状况或研究物质结构等的科学手段。2022/7/19138同位素示踪 1923年， Hevesy 在丹麦玻尔实验室工作期间，将

56、豆科植物浸泡在含有天然放射性核素210Pb(RaD)和212Pb(ThB)的铅盐溶液中，研究植物吸收铅的机制(分布和转移)。结果发现：铅全部被吸附在根部。1949年，Calvin用14C揭示了光合作用2022/7/19139同位素示踪的应用化学反应过程；在分子水平上，动态、定量地研究生命现象；免疫化学、疾病的诊断。工程问题地质科学2022/7/19140铁-59 、铬-51 ：为了测定红血球生成的比例、红血球的寿命、血球量等数据，过去常常利用放射性同位素铁-59。但是，铬酸钠（Na2CrO4）分子很容易和红血球结合。往血液里渗入铬酸钠分子要比掺入放射性的铁原子更为简单、方便。因此，现在都采用带

57、放射性的铬-51，而不再使用铁-59了。贫血症患检者：可以注射标记了铬-51的红血球，用以测定患者体内红血球的寿命。然后，与健康人进行比较，从而可以诊断出：是红血球本身有异常呢？还是血液中含有破坏红血球的物质？检查心脏输出的血液量：需要使用铬-51标记的红血球。查清血液的流量就可以判断：患者是心脏本身有毛病呢？还是血液循环系统有故障？诊断治疗药物 钠-24：可检查血液循环系统 可能大家有过体验，舐一舐手指伤口上的血，会有咸味的感觉。这是因为血液中含有1的盐分（即氯化钠）人这里，我们应该注意的就是这个氯化钠。在做示踪实验时，需要加进带有放射性标志的钠-24，以代替普通氯化钠中的钠-23，（像这样

58、，带上了放射性标志的物质叫做放射性标记化合物）。 将事先制备好的放射性同位素氯化钠-24的溶液，注射到手臂或脚部的静脉中。于是，它随着血液一起在体内流动。同时，它会不断地放出射线。这时你可以把测量探头很小的放射性计数器放在人体的各个不同部位，等待着氯化钠-24的到来。这样就可以测出：体内的血液循环到达各个部位所需要的时间。于是，可以查明血液循环系统是否有狭窄或障碍的情况。诊断治疗药物 碘-131：碘-131可以用来检查甲状腺癌的转移、脑肿瘤以及测定甲状腺的大小、形状和功能等。金-198：同位素金-198可用来作为扫描肝脏健康与否。 肝是由许多肝细胞和肝窦（即肝细胞之间的腔隙）组成。金-l98经

59、静脉注射后，很快到达肝脏，最后90以上均被星状细胞所摄取，浓集在肝内。 利用扫描仪或照相机探测和追踪金-198放出的射线，再通过显像就可以把金-198在肝内的分布情况如实的反映出来。 正常的肝脏，肝扫描的图形呈三角形，肝内放射性分布是均匀无缺损的。如果肝内某处有病变（肿瘤、浮肿等），病变处的肝细胞和星状细胞就被破坏，病变组织就丧失了摄取金-198的能力。反映在扫描图上，病变处就会出现放射性稀疏、缺损区。诊断治疗药物 原子电池 美国最新研制的63Ni原子电池具有体积小（1mm3以下）、使用寿命长，可不间断供电50年以上等特点，有望解决微电子机械系统（MEMS，尺度在1.0微米1.0毫米 ）能源供

60、应的难题。 微型63Ni原子电池的研制成功将是能源研究的一个重大突破，并使MEMS在航天、医学、生物、国防等应用方面真正发挥其优势。 2022/7/19144光电同位素电池实物（美国，2005）2022/7/19145核技术的其它应用 避雷针 原子灯 微加工； 防伪； 核武器； 核能。2022/7/19146富兰克林避雷针：这种避雷针保护半径只有避雷针安装高度的1-1.5倍。因此，对平顶的大建筑群，就要在上面装许多支避雷针。同位素避雷针：使避雷针附近的空气大量地电离，主动地打开一条与云中电荷相通的电的通路；而富兰克林避雷针的尖端只能产生少量的离子。它能及早放电，使保护区内无闪电产生。保护范围也